[發明專利]一種非接觸式區域流體渦量測量方法

有效

• 申請號: 202110267937.5
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113188746B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 沈哲;王毅剛;彭里奇;李啟良;楊志剛
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01M9/02
• 分類號: G01M9/02;G01M9/06
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 孟旭彤

本發明公開了一種非接觸式區域流體渦量測量方法，包括：根據待測渦流區域和傳聲器陣列的幾何尺寸，設置聲源，流場中所述待測渦流區域及聲源識別系統中所述傳聲器陣列的相對位置；開啟渦流產生裝置，使所述待測渦流區域的渦流達到待測狀態，并開啟所述聲源發射聲音信號；所述聲源識別系統接收穿過所述待測渦流區域的所述聲音信號并進行數據分析獲取所述待測渦流區域的所述渦量。本發明對被檢測氣流無污染且測量的總渦量較為準確；在大尺寸的風洞中，由于測試范圍較大，現有技術中的激光激發器功率、光學傳感器的像素都需要大幅增加，成本急劇上升，而本發明在此類情況下不受影響，優勢很大。

技術領域

本發明涉及風洞試驗技術領域，具體涉及一種非接觸式區域流體渦量測量方法。

背景技術

風洞實驗是進行流體研究必不可少的手段，為了不干擾流體原本的運動，非接觸式測量是獲得流體運動參數、規律等需要捕捉目標的有效技術手段。目前使用較為廣泛的非接觸式流體測量技術主要有PIV(Particle Image Velocimetry，粒子圖像測速法)技術、超高幀頻NPLS(Nano-tracer Planar Laser Scattering，納米平面激光散射)技術、激光聚焦紋影技術。此類技術都是通過光學原理捕捉部分流體的運動軌跡，測量流體運動速度等部分流場的信息，整個湍流場的測試技術還有待完善。此外由于湍流場流動的復雜性，測量得到的流場速度信息量巨大，對數據分析處理能力的要求很高，較長時間測量得到的數據進行統計分析也存在較大困難。

光學測量通過追蹤流體中粒子不同時刻的相對位置獲得當地速度，再用速度求解如渦量的其它流體參量，其數學過程非常復雜，且PIV光學測量需要在流體中添加熒光微粒，對氣流有一定的污染，光學測量需要用激光激發反射，再用CCD(Charge CoupledDevice，電耦合器件)拍攝，當測試范圍較大時(如在大尺寸的風洞中)激光激發器的功率、光學傳感器的像素都需要大幅增加，成本急劇上升。因此，如何解決對檢測氣流的污染問題，且在大尺寸風洞情況下實現對渦量的準確測量是目前有待解決的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是如何解決對檢測氣流的污染問題，且在大尺寸風洞情況下實現對渦量的準確測量，提供一種非接觸式區域流體渦量測量方法。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題：

一種非接觸式區域流體渦量測量方法，所述測量方法包括：

根據待測渦流區域和傳聲器陣列的幾何尺寸，設置聲源，流場中所述待測渦流區域及聲源識別系統中所述傳聲器陣列的相對位置；

開啟渦流產生裝置，使所述待測渦流區域的渦流達到待測狀態，并開啟所述聲源發射聲音信號；

所述聲源識別系統接收穿過所述待測渦流區域的所述聲音信號并進行數據分析獲取所述待測渦流區域的所述渦量。

進一步地，所述幾何尺寸包括：所述待測渦流區域的橫向幾何尺寸和縱向幾何尺寸及所述傳聲器陣列的橫向幾何尺寸和縱向幾何尺寸；所述相對位置包括：所述聲源與所述待測渦流區域間的距離及所述聲源與所述傳聲器陣列間的距離。

進一步地，所述聲源識別系統包括：多個麥克風組成的所述傳聲器陣列，光學攝像頭，A/D轉換器及采集分析軟件；

所述光學攝像頭獲取所述聲源的物理位置；

所述傳聲器陣列接收經過所述待測渦流區域折射后的所述聲音信號并獲取與所述聲源相對應的表觀聲源的位置；

所述A/D轉換器對所述經過所述待測渦流區域折射后的所述聲音信號進行模數轉換；

所述采集分析軟件根據經過所述模數轉換的所述聲音信號及所述聲源的物理位置和所述表觀聲源的位置計算聲漂移量，并根據所述聲漂移量，所述幾何尺寸及所述相對位置獲取所述渦量。

進一步地，所述聲源可根據需要對所述聲音信號的頻率范圍和幅值進行設置。